Теория горения и взрыва

Теория горения и взрыва

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФГБОУ ВО ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСИЙ УНИВЕРСИТЕТ (ПЕНЗГТУ)

ФАКУЛЬТЕТ БИОМЕДИЦИНСКИХ И ПИЩЕВЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ И СИСТЕМ

КАФЕДРА «БИОТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ»

ИТОГОВАЯ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ДИСЦИПЛИНА: «ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА»

Выполнила: студентка группы 14ЗТ1бп

Кондрашова А.О.

Проверил: доцент кафедры БТБ

Борисков Д.Е.

Пенза 2016 г.

Задания на контрольную работу

Рассчитать коэффициент горючести нитробензола С6Н5NО2 и сероуглерода CS2.

Для расчета коэффициента горючести можно использовать сле- дующую формулу:

K = 4n(C) ++ 4n(S)++ n(H)++ n(N) -2n(O)--2n(Cl)-3n(F)-5n(Br) (1)

где n(C), n(S), n(H), n(N), n(O), 2 n(Cl), n(F), n(Br) - число атомов соот- ветственно углерода, серы, водорода, азота, кислорода, хлора, фтора и брома в молекуле вещества. Если коэффициент горючести К больше или равен единице (К ³ 1), то вещество является горючим. При значении К меньше единицы (К < 1) - вещество негорючее. 1. В молекуле нитробензола содержится атомов: углерода n(C) = 6; водорода n(Н) = 5; кислорода n(О) = 2, азота n(O)=1. Подставляя количество атомов в формулу , имеем К = 4·6 +1∙5+1∙1 - 2·2 = 26. К > 1, следовательно, нитробензол - горючее вещество.

В молекуле сероуглерода содержится атомов:

углерода n(C) = 1; серы n(O)=2

Подставляем количество атомов в формулу:

К=4∙1+4∙2=12

К > 1, следовательно, сероуглерод - горючее вещество.

Рассчитать объём воздуха и продуктов горения (в об. %), образующихся при сгорании 10 кг вещества , если горение происходит при заданных условиях и коэффициенте избытка воздуха a. Объём продуктов горения считать приведённым к заданным условиям.

Табл.2

реакция горение толуол газ

Решение.

Составляем уравнение реакции горения пропилацетата в воздухе:

С5Н10О2 + 6,5 (О2 + 3,76 N2) = 5CО2 + 5Н2О + 6,5×3,76 N2

Объём воздуха, необходимый для сгорания 1 кг пропилацетата рассчитываем по формуле:

,

Где Мгв= 5∙12+1∙10+2∙16=102 кг/кмоль

учитывая при этом, что масса одного киломоля пропилацетата составляет 102 кг/кмоль. Так как горение происходит при заданных условиях, для определения объема, который занимает 1 кмоль воспользуемся уравнением идеальных газов:

,

,

(м3/кг)

 (м3/кг)

Действительный объём воздуха, необходимый для сгорания 1 кг пропилацетата рассчитывается с учётом коэффициента избытка воздуха a:

 (м3/кг)

Избыток воздуха составит:

 (м3/кг)

Теоретический объём продуктов горения рассчитываем по формуле:

 (м3/кг)

 (м3/кг)

Объём воздуха практически необходимого для сгорания 10 кг пропилацетата составит соответственно 70,7 м3 (7,07 × 10), при этом выделится 7,87 м3 продуктов сгорания.

Рассчитываем процентный состав продуктов сгорания.В этом случае по уравнению реакции определяем объем СО2, Н2О и N2.(СО2) =  = 11,4 м3(Н2О) = = 11,4 м3(N2) =  = 55,81 м3ИЗБ= 0 м3

Объемная концентрацию каждого компонента смеси рассчитываем следующим образом:

jоб (СО2) =  = = 14,55 %об (Н2О) =  =  = 14,55 %об (N2) =  =  = 70,9 %

Ответ: на сгорание 10 кг пропилацетата необходимо 70,7 м3 воздуха, при этом образуется 78,7 м3 продуктов горения, из которых СО2 - 14,55%, Н2О - 14,55 %, N2 - 70,9 %.

Рассчитать объём воздуха и продуктов горения при сгорании горючего газа (табл. 3) объёма V при заданных условиях (табл. 3), если горение происходит при избытке воздуха α.

Табл.3

Решение.

Сгорает индивидуальное горючее вещество, находящееся в газообразном состоянии.

Запишем уравнение реакции горения пропана в воздухе:

CH4 + 2(О2 + 3,76N2) = CО2 + 2 Н2О + 3,76∙2 N2

Из уравнения находим β = 2. Рассчитаем теоретические объёмы воздуха и продуктов горения индивидуального горючего вещества в газообразном состоянии в расчёте на 1 м3 горючего вещества в нормальных условиях:

=9,42 м3/м3

Объем воздуха при Т=303 К

Рассчитываем действительный объем воздуха, расходованный на горение с коэффициентом избытка воздуха:

Объем продуктов горения при нормальных условиях

Находим действительный объем продуктов горения с учетом избытка воздуха

=13,78 + 10,46∙(1,4-1)=17,96 м3/м3

Определить объём и состав продуктов горения (в об. %) смеси газов , если горение происходит при коэффициенте избытка воздуха α

Оксид углерода -10%

Этилен-22%

Ацетилен-8%

Углекислый газ-10%

Азот -50%

α=2

решение.

Составим для всех горючих компонентов смеси уравнения реакций

2CО + 1(O2 + 3,76N2) = 2CO2 + 3,76N2H4 + 3(O2 + 3,76N2) = 2CO2 + 2H2O + 3·3,76N22Н2 + 2,5(O2 + 3,76N2) = 2CO2 + Н2О+2,5·3,76N2

Рассчитаем теоретический объём продуктов горения по формуле

Рассчитаем действительный объём продуктов горения с учётом избытка воздуха

Рассчитаем состав продуктов горения.

Учитывая, что горение протекает с избытком воздуха, то при расчёте количества молей продуктов горения учитывается избыточное число молей кислорода и азота ( и ):

nобщ==

=

.

Вычислить температуру горения керосина, процентного состава: С-80%, Н-13,7%, О-0,3%, W-6%, если горение протекает при коэффициенте избытка воздуха α=1,3 а доля потерь тепла излучением составляет 40%.

Решение. Рассчитаем низшую теплоту сгорания горючего вещества, используя формулу Д. И. Менделеева:

=229,4∙80+1257∙13,7+108,9∙0,3-25,1(9∙13,7+6)=41108 Кдж/кг

Рассчитаем объёмы продуктов горения при полном сгорании 1 кг горючего вещества сложного состава

Рассчитаем избыточный объём воздуха при полном сгорании 1 кг горючего Вещества:

Рассчитаем температуру горения и, т.к. в условии задачи ничего не сказано о начальной температуре горения, будем считать, что горение протекает при нормальных условиях:

Ответ: действительная температура горения вещества сложного состава составила 1075 К.

Рассчитать температуру вспышки толуола (0.т.) С6Н14 по формуле В.И. Блинова. Сравнить найденное значение с экспериментальным, взятым из справочника.

Решение. Формула Блинова имеет вид:

где А - постоянная пpибора, зависящая от условий опыта;

До - коэффициент диффузии, м2/с;- число молей кислорода, необходимое для полного сгорания одного моля пара жидкости;

Рнп - давление насыщенного пара жидкости при Твсп, Па.

Уравнение реакции горения толуола в воздухе:

C6H5CH3 + 9(O2+3,76*N2) = 7CO2 + 4H2O+9*3,76N2

где n=9 температура вспышки в открытом тигле А = 45,3 (К×Па.м2)/с;

До=0,084*10-4 м2/с

Если коэффициент диффузии пара в воздух неизвестен, то его можно вычислить по эмпирической формуле (см2 /с):

Подставляем данные в формулу:

Найдем такую температуру, при которой произведение Т*Р=1775,5.

Воспользуемся зависимостью насыщенного пара от температуры жидкости.

Т1=362,5                   Т2=383,6

Р1=53,32                   Р2=101,3

Вычислить температуру самовоспламенения 2,4-диметил-3-этилпентанола

Запишем структурную формулу 2,4-диметил-3-этилпентанола и пронумеруем все атомы углерода, группу -ОН обозначим буквой Г (гидроксил).

В молекуле 5 концевых групп: 4 метильных (-СН3) и одна гидроксильная (-ОН), т.е.

Мр = 5. Тогда число цепей:

Составим таблицу, в которую внесем цепи и их длину:

Рассчитываем среднюю длину углеродных цепей:

По таблице XIY приложения находим температуру самовоспламенения 2,4-диметил-3-этилпентанола, отыскивая её по значению средней длины цепи в молекуле соединения: Тсвп = 560 К или 285 оС.